金属矿山钢井架设计探讨

摘要：井架是矿山特种构筑物，也是连接井上井下的咽喉，也是矿山标志性构筑物，地位十分重要，因此要精心设计，在保证安全、适用的基本要求下，还要注意经济、美观。

关键词：钢井架 ;破断力

Abstract: derrick is mine special structures, is also connected well downhole throat, also be mine iconic structures, position is very important, so the need to carefully design, to ensure the safety, apply the basic requirement, but also pay attention to economic, beautiful.

Key words: steel headframe; breaking force

中图分类号：TU2文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

结构选型

井架分类

矿山井架根据材料可分为木井架、砖井架、钢筋混凝土井架、钢井架；根据提升方式分为单绳提升井架、多绳提升井架；按矿井功能可分为主井井架、副井井架和混合井井架；按结构形式分，单斜撑钢井架（如图1、图2）、双斜撑钢井架（如图3）、四柱或筒体悬臂式钢筋混凝土井架、六柱斜撑式钢筋混凝土井架、钢筋混凝土立架和钢斜撑组合式井架；按用途分生产凿井井架、生产提升井架。

图1 图2 图3

设计选型

木井架、砖井架和钢筋混凝土井架是矿山历史上曾经使用过的或国家钢材产量较低时采用的一种井架形式，由于国家钢材产量剧增，钢材具有高强和抗冲击性能优越的特点，且施工方便，抗震性能优越，因此钢井架是目前矿山井架设计的首选。

单绳提升井架钢丝绳破断力一般不是很大，井架也不是很高，可用普通型钢制作而成，又称型钢井架。多绳提升井架，破断力较大，井架也可能相对较高，斜撑采用型钢则不尽合理，往往采用箱形截面制作而成，故称为箱形井架。主井井架由于卸载高度的原因，高度较高，副井用于进出人员和矿车材料下放，故高度较低。因此，选择井架的型式往往是根据提升系统确定的，此外还要考虑井架的高度、施工条件等因素。

立架设计

无论是型钢井架还是箱形井架，如果都采用单斜撑结构形式，则立架就承担部分提升荷载或破断荷载，如果是双斜撑结构形式，则立架仅为提升容器的轨道，此时立架既可以悬挂于井架横梁上下面限位，也可以支承在底框梁上，上面限位。

立架的尺寸选择一般取立架高度的1/10，也要考虑卸载容器的运行安全距离和卸载时的外形尺寸变化。

如果是罐笼井，铁矿与煤矿无差别，如果是箕斗井，立架卸矿口金属矿与煤矿的有巨大区别，主要源于金属矿容器与煤矿容器的区别和卸载方式的区别：铁矿是同侧装卸，而煤矿即可以同侧装卸，也可以异侧装卸。

铁矿经井下粗破后一般是小于250mm的块度，铁矿的硬度造成在小开口箕斗中会卡住，所以需要宽口出矿，故一般铁矿的箕斗大多是近似方形（图4），而煤矿却是长条形（规模大，对井筒的有效面积利用充分），煤矿的卸矿口是窄侧(图5)。

图4 铁矿卸载方式图5煤矿卸载方式

斜撑设计

斜撑倾角的设计

斜撑的倾角一般为上下天轮连线的延长线与地面的夹角，一般为69~73°，确定的原则是：天轮合力的中心线要位于斜撑轴线之下，两线夹角不宜小于3°，一般为3~5°。

斜撑截面

斜撑截面为箱型，箱型截面的腹板高厚比一般都不满足规范要求，因此需要设置腹板加劲肋，腹板加劲肋可以是钢板，为了减少构件的加工量，纵向加劲肋可选用不等边角钢，肢长为不小于10tw，厚度不应小于0.75tw

③ 井架计算一般采用通用有限元软件，如SAP84、SAP2000或3D3S.

基础设计

立架基础

立架基础一般是井颈的上半段（俗称锁口盘），如果是单斜撑橹式井架，井架的相当一部分通过立架传递到锁口盘上，锁口的设计要考虑竖向作用的影响并计算配筋，井筒设计也要记入此部分荷载。如果是双斜撑井架，通过立架传递到锁口上的荷载较小，锁口盘可仅按土压力计算其厚度。

斜撑基础

斜撑基础是肩负着将井架中的大部分提升荷载传递到地基中的功能。基础应该满足抗滑移、抗倾覆的要求，基础强度和地基承载力也要满足要求。

井架自重

在矿山初步设计阶段，井架的自重可以采用《矿山井架设计规范》GB50385-2006条文说明4.1.2提供的公式进行估算：

其中：α―结构自重系数，对单绳提升钢井架可取0.20~0.25；对多绳提升钢井架可取0.30~0.40；单斜撑式取小值，双斜撑式取大值；设有两台提升机的井架，自重系数应乘以1.25；

h――井架高度（m）

A――短绳荷载（kN）

笔者根据多年的井架设计经验，并参考了相关文献统计了部分矿山钢井架的自重，见表1：

表1：多绳提升钢井架自重参考表

结论

井架是矿山特种构筑物，也是连接井上井下的咽喉，也是矿山标志性构筑物，地位十分重要，因此要精心设计，在保证安全、适用的基本要求下，还要注意经济、美观。

参考文献

1.《矿山井架设计规范》GB50385-2006中国计划出版社

2.《矿井多绳提升钢井架参考图集》中国煤炭建设协会勘察设计委员会